KR100975266B1 - 건설기계의 유압제어장치 - Google Patents

건설기계의 유압제어장치 Download PDF

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마사히코 호시야
유키 요코야먀
준세이 타나카
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가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
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Abstract

건설기계의 유압제어장치에 관한 것이다. 제1 및 제2유압펌프의 토출유로(10)(11)를 연결하는 연결유로(12)에 장착된 주 합류·분류 밸브(13)를 합류 위치로 하고, 작업용 조작레버(29a)(30a)를 조작하여 복수의 액추에이터(4)(7)를 작동시킨다. 이때의 상기 조작 레버의 레버 조작 상황을 조작 상황 판단부(41)에 의해 판단한다. 그 조작 상황하에 설정되어, 컨트롤러(14)에 기억된 다양한 조작 패턴 중, 패턴대조부에서 실제의 조작 패턴과 합치하는 조작패턴을 가려낸다. 각 액추에이터(4)(7)의 부하(負荷)압력이 높은 때에는, 각 토출유로(10)(11)의 토출압력도 높으므로, 그 토출압력의 합계가 미리 설정된 설정압력을 넘으면, 상기 주 합류·분류 밸브(13)를 분류 위치로 변환(switching)하여, 상기 설정압력보다 낮게 되면 주 합류·분류 밸브(13)를 합류 위치로 변환한다. 이 제어에는 특별히 더 번잡한 제어프로그램의 작성이 필요치 않다. 또한 작업 도중에도 합류, 분류의 변환을 쇼크없이 원활하게 할 수 있어, 합류시나 분류시에 항상 최적한 유량(流量)분배가 가능하다.
엑추에이터, 토출유로, 합류·분류밸브, 컨트롤러, 작업용 조작레버, 조작상황 판단부.

Description

건설기계의 유압제어장치{HYDRAULIC CONTROL DEVICE OF CONSTRUCTION MACHINERY}
본 발명은, 유압펌프의 합류·분류 변환 제어장치, 특히 건설기계의 복수의 유압펌프에서 복수의 유압 액추에이터 군(hydraulic actuator group)에 토출압력오일(pressure oil)을 공급하는 계통의 합류·분류 변환 제어장치(merging/diverging switching control device)에 관한다.
종래에도, 예컨대 일본국 특개2004-36681호 공보(특허문헌1)에 개시된(disclosed) 유압굴착기(hydraulic excavator) 등의 건설기계의 유압구동장치에도 있는 바와 같이, 엔진 등의 구동원(drive source)에 의해서 구동되는 가변용량형의 제1유압펌프와, 이 제1유압펌프의 토출압력오일에 의해 구동되는 제1유압액추에이터 군과, 이들 제1유압펌프와 제1유압 액추에이터 군 사이에 장착되어 제1조작밸브 군을 구비하는 동시, 상기 구동원에 의해 구동되는 가변용량형의 제2유압펌프와, 이 제2유압펌프의 토출압력오일에 의해 구동되는 제2유압 액추에이터 군과, 이들 제2유압펌프와 제2유압 액추에이터 군 사이에 장착되는 제2 주조작밸브군(Second main Operating Valve Group) 을 구비하고, 제1유압펌프의 압력오일 공급라인과 제2유압펌프의 압력오일 공급라인을 제1 합류·분류밸브를 통해서 연결하여, 이 제1 합류·분류밸브를 변환(Switching)하여 제어함으로서 압력오일 공급라인을 합류 또는 분류의 어느 쪽에 변환하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 1에서는, 합류 또는 분류로의 변환 시에 발생하는 쇼크(충격)를 완화하기 위하여, 1의 가변용량형 유압펌프측의 상기 압력보상밸브 및 액추에이터의 사이의 유로(oil pass)와, 다른 가변용량형 유압펌프 및 상기 주 합류·분류밸브 사이 유로를, 체크기능이 있는 압력보상 밸브를 통해서 연결하는 바이패스 유로를 설치하고 있다. 이와 같이 바이패스 유로를 설치함으로써, 합류·분류밸브를 합류상태에서 분류상태로 변환했을 때에, 이 바이패스 유로를 통해서, 보급하는 측의 유압회로에서 보급되는 측의 유압 회로부에 압력오일을 유입시킨 상태를 유지할 수 있다. 이로 인해, 이 변환 시에, 유량(流量) 변화를 피할 수 있으며, 유량 변화에 의한 쇼크(충격)가 발생하지 않고, 쇼크 음 등의 발생이나, 유량 변화나 압력변화에 기인하는 조작성의 저하를 방지할 수가 있다.
특허 문헌1: 일본국 특개2004-36681호 공보
<해결하고자 하는 과제>
그러나, 상기 특허문헌 1의 유압제어장치에 있어서도, 복수의 액추에이터 사이에서 합류·분류의 변환으로 제어하기 위한 제어프로그램은 극히 복잡해져, 동 프로그램에 대한 번잡한 작성작업이 요구된다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래의 합류·분류 유압회로를 사용하여, 그들의 복잡한 제어프로그램이 필요하지 않으며, 또한 변환 시의 쇼크 없이 정확하고 원활한 합류·분류밸브의 변환을 가능하게 한 유압펌프의 합류·분류 변환 제어 장치를 제공하는 것을 주요한 목적으로 하고 있다.
<과제해결수단>
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 유압펌프의 합류·분류 변환 제어 장치의 제1의 주요한 구성은, 복수의 가변용량형 유압펌프와 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출오일에 의해서 구동되는 복수의 액추에이터와, 상기 각 액추에이터에 공급되는 압력오일의 방향을 변환하는 복수의 파일럿 변환밸브와, 상기 복수의 파일럿 변환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 복수의 작업기용 조작변환밸브와, 상기 각 작업기용 조작변환밸브를 변환 제어하는 복수의 조작 레버와, 상기 각 파일럿 변환밸브의 전후차압(差壓)을 소정 값으로 보상하는 압력보상밸브와, 상기 각 가변용량형 유압펌프와 복수의 파일럿변환밸브를 연통(連通)하는 복수의 토출유로와, 상기 각 가변용량형 유압펌프의 각 토출유로 사이를 연통시키는 합류 위치와 각 토출유로(油路) 사이를 차단하는 분류위치(分流位置)로 변환하는 주 합류·분류 밸브와, 상기 복수의 액추에이터의 부하압에서 가장 고압의 부하압을 상기 압력보상밸브의 각각에 설정(set)압력으로 공급하는 복수의 부하압 도입유로(負荷壓導入流路)와, 이들 복수의 부하압 도입유로 사이를 연통시키는 합류(合流)위치와 이들 부하압 도입유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 부 합류·분류밸브와, 상기 각 가변용량형 유압펌프와 복수의 파일럿 변환밸브를 연통하는 복수의 토출유로와, 상기 파일럿 변환밸브로의 입력압력을 검출하는 조작상황 입력수단과, 상기 각 가변용량형 유압펌프의 토출압력을 검출하는 토출압 검출수단과, 컨트롤러를 구비하며, 상기 컨트롤러(Controller)는, 상기 조작상황 입력수단으로부터의 신호에 의하여, 상기 각 액추에이터의 조작상황을 판단하는 조작상황 판단부와, 상기 복수의 각 조작레버의 다양한 조작위치에서 상기 각 액추에이터에 대한 미리 작성된 조작패턴을 기억하는 조작패턴 기억부와, 상기 조작상황 판단부에 의해 판단된 조작상황이, 상기 기억부에 기억된 상기 조작패턴의 어느 패턴과 합치하는가를 대조(collate)하는 패턴대조부(Pattern Collating Section)와, 상기 조작패턴 기억부에 기억된 조작패턴마다 미리 설정된 토출압력을 기억하는 토출압 기억부와, 상기 대조의 결과, 합치하는 조작패턴에 관하며, 상기 각 토출압 검출수단에 의해 검출된 실제의 토출압력과, 상기 토출압 기억부에 기억된 조작패턴마다 설정토출압력의 비교 결과에 의해, 실제의 토출압력이 설정압력보다 높을 때에는, 상기 주 합류·분류 밸브를 분류 측으로 변환하고 상기 실제의 토출압력이 설정압력보다 낮을 때에는 상기 주 합류·분류밸브를 합류측으로 변환하는 지령신호 판정부와 상기 지령신호 판정부의 지령신호를 출력하는 지령신호 출력부를 구비하여, 상기 컨트롤러가 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브를 합류위치에 각각 액추에이터가 작동상태에 있고, 일부의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력을 초과할 때, 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하고, 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량 조정을 한 후에 상기 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하는 것을 특징으로 한다.
상기 주 합류·분류 밸브만으로 액추에이터 사이에서 합류·분류의 변환제어를 해도 되지만, 상기 복수의 액추에이터의 부하압력(load pressure)에서 가장 높은 압력의 부하압력을 검출하여 상기 압력보상밸브의 각각에 설정압력(set pressure)으로서 공급하는 복수의 부하압력 도입유로(introduction oil paths)와, 이들 복수의 부하압력 도입유로 사이를 연통시키는 합류위치와 이들 부하압력 도입유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 부(auxiliary) 합류·분류밸브를 또 구비할 수 있다.
상기 컨트롤러(controller)는 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 각 액추에이터가 작동상태에 있고, 일부의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력을 넘었을 때, 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하여 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량(流量) 조정을 한 후에, 상기 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하는 제어수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이 제어수단은, 또 상기 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브를 분류위치에서 각 액추에이터가 작동상태로 있을 때, 일부의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력보다 저하했을 때, 우선 상기 부 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하고, 상기 각 액추에이터의 압력보상을 행한 후에, 상기 주 합류·분류밸브를 분류위치로부터 합류위치로 변환하도록 상기 주 및 부의 합류·분류밸브를 제어할 수 있도록 하고 있다.
또한, 주 합류·분류밸브로만 액추에이터 사이에서 합류·분류의 변환제어를 하는 경우에는, 1의 유압펌프측의 상기 압력보상밸브 및 액추에이터의 사이의 유로(油路)와, 다른 가변용량형 유압펌프 및 상기 주 합류·분류밸브 사이의 유로를, 검사기능이 있는 압력보상밸브를 통해서 연결하는 바이 패스 유로(油路)를 구비하도록 하면 좋다.
본 발명에 관한 유압펌프의 합류·분류 변환제어장치의 제2의 주요한 구성은, 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프와, 상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 토출오일에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와, 상기 각 액추에이터로 공급되는 압력오일의 방향을 변환하는 복수의 파일럿 변환밸브와, 상기 복수의 파일럿변환밸브에 파일럿 압력을 공급하는 복수의 작업기용 조작변환밸브와, 상기 각 작업기용 조작변환밸브를 변환제어하는 복수의 조작레버와, 상기 각 파일럿 변환밸브의 전후 차압(差壓)을 소정값으로 보상하는 압력보상 밸브와, 상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프와 복수의 파일럿 변환밸브를 연통하는 복수의 토출유로와, 상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 각 토출유로 사이를 연통시키는 합류위치와 토출유로 사이를 차단하는 분류 위치로 변환하는 주 합류·분류밸브와, 상기 복수의 액추에이터의 부하압력에서의 가장 고압의 부하압력을 상기 압력보상밸브의 각각에 설정 압력으로서 공급하는 복수의 부하압력 도입유로와, 상기 복수의 부하압력 도입유로 사이를 연통시키는 합류위치와 그들 부하압력 도입유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 부 합류·분류밸브와 상기 파일럿 변환밸브로의 입력압력을 검출하는 조작상황 입력수단과, 상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 토출압력을 검출하는 토출압 검출수단과 컨트롤러를 구비하며, 상기 컨트롤러는, 상기 조작상황 입력수단의 신호에 의거해서, 상기 각 액추에이터의 조작상황을 판단하는 조작상황 판단부와, 상기 복수의 각 조작레버의 다양한 조작위치에서의 상기 각 액추에이터에 대해 미리 작성된 조작패턴을 기억하는 조작패턴 기억부와, 상기 조작상황 판단부에 의하여 판단된 조작상황이, 상기 기억부에 기억된 상기 조작패턴의, 어느 패턴과 합치하는가를 대조(對照)하는 패턴대조부와, 상기 조작패턴기억부에 기억된 조작패턴마다 미리 설정된 토출압력을 기억하는 토출압 기억부와, 상기 대조의 결과, 합치하는 조작패턴에 관해서, 상기 각 토출압 검출수단에 의해 검출된 실제의 토출압력과, 상기 토출압 기억부에 기억된 조작패턴마다의 설정토출압력의 비교결과에 의해, 실제의 토출압력이 설정토출압력보다 높은 때는, 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하여, 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량조정을 한 후에, 상기 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하고, 상기 실제의 토출압력이 설정토출압력보다 낮은 때에는, 상기 부 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하며, 상기 각 액추에이터의 압력보상을 한 후에, 상기 주 합류·분류위치를 분류위치로부터 합류위치로 변환하는 지령신호 판정부와, 상기 지령신호 판정부의 지령신호를 출력하는 지령신호 출력부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
<발명의 효과>
본 발명자 등의 실험에 의하여, 1의 가변용량형 유압펌프에 각 조작밸브를 통해서 접속된 복수의 액추에이터의 부하압력의 변동은 동 가변용량형 유압펌프의 토출유압과 비례적인 상관관계가 있음을 알고, 이 상관관계에 착안하였다. 이 상관관계는, 작동되는 액추에이터가 단독인가 아닌가에 관계없다. 또, 액추에이터의 부하압력이 높게 되면 가변용량형 유압펌프의 토출유량이 낮게 되며 작동속도는 저하한다. 따라서, 액추에이터의 부하압력이 높은 때는 다른 유압펌프의 원조는 필요하지 않다. 한편, 가변용량형 유압펌프의 토출유량을 높여 고속으로 액추에이터를 작동시키고자 할 때에는, 동 펌프만으로는 필요유량(流量)을 액추에이터로 보낼 수 없게 된다. 이 경우에는, 이 경우에는 복수인 다른 가변용량형 유압펌프의 원조가 필요하다.
[0012] 본 발명은, 이러한 사실을 전제로 해서 개발된 것이다. 본 발명의 상기 주요한 구성에 의하면, 예컨대 유압굴착기를 예로들면, 선회체의 선회동작은 비교적 저속으로 선회시키는 경우가 많기 때문에, 그 조작 레버의 조작량은 비교적 작아도 된다. 한편 암 굴삭시는, 선회체의 선회조작시에서 부하압력과 비교하여 상당히 부하압이 높아 암을 단일의 가변용량형 유압펌프만으로 원활히 작동시키기가 어렵다. 또한 암 굴삭과 버킷굴삭을 동시에 하는 경우에는, 당연히 다른 유압펌프의 도움이 필요하다.
한편, 예컨대 선회조작과 붐의 올림 조작을 동시에 하고자 하는 경우에는, 붐용의 조작레버의 조작량은 선회용의 조작레버의 레버조작과 비교하면 큰 조작량으로 필요유량을 얻고자 한다. 이때, 선회체의 선회동작과 붐의 올림동작을, 각측의 가변용량형 유압펌프만으로 독립해서 각 액추에이터(실린더)를 작동시켜도, 붐측의 유압펌프에 의해 필요량을 얻지 못하고, 필요한 만큼의 올림속도를 얻을 수 없는 경우가 생긴다. 이 경우에는, 주 합류·분류밸브를 합류위치로 변환하고, 선회용의 유압회로와 붐용의 유압회로를 연통시켜서 양 유압회로를 합류시키고, 붐용의 유압회로의 압력오일의 유량을 증가시키어, 붐을 필요한 부하압력하에서 원하는 속도로 올림 동작할 수 있게 한다. 이때 선회용의 가변용량형 유압펌프의 토출압력은 붐용의 가변용량형 유압펌프의 토출압력에 맞추도록 경사판 각도가 제어된다.
한편, 선회체의 선회동작과 붐의 올림동작을 함께 저속으로 동시에 하고자 하는 경우에는, 엔진 마력의 범위내에서 상기 주 합류·분류밸브를 분류(차단)위치에 두고, 선회체측의 가변용량형 유압펌프 및 붐측의 가변용량형 유압펌프를 각각 독립하여 작동시켜도 양자는 원활한 동작을 유지한다. 이때의 선회용 및 붐용의 각 주조작 밸브의 조작량은 그리 클 필요가 없고, 합류시와 비교하여 선회체측의 가변용량형 유압펌프로부터는 액추에이터(실린더)에 필요이상의 유압을 보낼 필요가 없기 때문에, 양측의 유압손실을 없앨 수가 있다.
또, 예를 들면 선회체를 선회시키지 않고 암굴삭과 버킷굴삭을 동시에 실시하고자 할 때, 다른 가변용량형 유압펌프의 도움을 받으면서 암의 굴삭동작을 저속으로 하는 동시에 버킷 굴삭을 통상의 속도로 하려고 하는 경우, 암용 조작레버를 작게 조작하는 동시에 버킷용 조작레버를 중간위치까지 조작한다. 이렇게 한 조작레버의 조작상황하에 있어서 양 가변용량형 유압펌프는 필요한 만큼의 토출압력으로 압력오일을 암용 액추에이터(실린더)로 계속 보낸다. 여기에서 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 미리 설정된 값을 넘으면 버킷측과 암측의 액추에이터의 부하압이 높아졌다고 추정하여 상기 주 합류·분류밸브를 분류위치로 바꾸며, 암측의 유압회로와 버킷측의 유압회로를 차단하여 작업을 계속한다. 여기에서 양 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 미리 설정된 값보다도 낮아지면 주 합류·분류밸브를 합류위치로 바꿔서 암측의 유압회로와 버킷측의 유압회로를 합류시켜 암 굴삭과 버킷굴삭을 계속한다.
본 발명에 있어서는 상술한 바와 같은 조작레버의 다양한 조작상황마다 복수의 액추에이터의 부하압(유압펌프의 토출압력)의 대조에 의한 분류·합류를 선택하는 조작패턴을 미리 작성하고, 이것을 컨트롤러의 조작패턴 기억부에 기억시켜 둔다. 조작레버의 다양한 조작상황마다 조작패턴을 작성하고 있기 때문에, 각 조작상황하에서의 유압펌프를 가장 효율적으로 작동할 수 있다. 상기 조작레버의 조작상황은 상기 조작상황 판단부에 의해서 항상 파악하며, 그 정보를 컨트롤러로 계속 보낸다. 컨트롤러는 조작상황 판단부에 의해 판단된 조작상황하의 실제의 조작패턴과 조작패턴 기억부에 기억된 조작패턴을 패턴대조부에서 대조하고, 합치하는 패턴이 있을 때에는 그것에 대응하는 조작패턴 기억부의 조작패턴마다 미리 설정되어 있는 설정 토출압력과 작동 중의 유압펌프의 실제 토출압력의 최대치를 비교부에서 비교하고, 합류인지 분류인지를 판단하여 주 합류·분류밸브를 조작패턴상에서 미리 결정된 합류위치 또는 분류위치로 자동으로 변환한다.
즉, 본 발명에서의 복수의 유압회로의 합류·분류 제어프로그램은 각 액추에이터의 부하압과 대응하는 가변용량형 유압펌프의 토출압력과의 상관관계에서 각 액추에이터의 부하압의 검출 없이 가변용량형 유압펌프의 토출압을 검출하고, 그 때의 조작레버의 조작상황을 토대로 상술한 바와 같이 컨트롤러에 기억된 조작패턴을 대조하고, 합치되는 조작패턴에 대응하여 미리 설정된 설정토출압력과 검출된 실제의 상기 펌프토출압력을 비교하여 실제의 펌프토출압력이 설정토출압력보다 높은지, 낮은지 판단하고, 유압회로의 분류 또는 합류로 주 합류·분류밸브를 자동으로 변환하면 되는, 특별하게 복잡한 연산 등이 배제된 간단한 프로그램으로 충분할 뿐만 아니라, 종래와 같은 합류·분류의 변환시의 쇼크를 낮추는 동시에 유압손실이 없고 또 각 액추에이터를 효율적이며 원활하게 작동시킬 수 있다.
또 상술한 바와 같이 주 합류·분류밸브에 더해 부 합류·분류밸브를 설치한 경우에는, 주부(main and auxiliary)의 각 합류·분류밸브가 합류위치에 있을 때 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력을 넘으면, 먼저 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환한다. 여기에서 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량을 조정한 후 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환한다. 또 상기 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브가 분류위치에 있고, 각 액추에이터가 작동상태에 있을 때 1의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력보다 저하하면 먼저 상기 부 합류·분류밸브가 분류위치에서 합류위치로 변환되고, 상기 각 액추에이터의 압력보상을 한 후에 상기 주 합류·분류밸브를 분류위치로부터 합류위치로 변환하도록 한다.
그 결과, 작업도중에도 합류에서 분류로의 변환을 압력오일의 유동(流動)변동에 의한 쇼크를 수반하지 않고 부드럽게 일을 할 수가 있다. 또 합류에서 분류로 변환한 후에도 각 가변용량형 유압펌프를 개별적으로 제어할 수 있고, 분류사용시에서의 분류손실의 저감을 도모할 수 있다. 또한 작업 중에 각 액추에이터에서 1 펌프분 이상의 토출량이 필요하게 될 때에 분류로 변환하고, 그 토출량이 불필요할 때에는 분류로 변환할 수 있기 때문에, 분류의 사용으로 인하여 액추에이터 단독으로 충분한 동작속도를 얻을 수 있고, 합류시, 또는 분류시에 항상 최적의 유량(流量)분배를 할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 부 합류·분류밸브를 설치하지 않고 1의 가변용량형 유압펌프측의 상기 압력보상밸브 및 액추에이터의 사이와 다른 가변용량형 유압펌프 및 상기 주 합류·분류밸브의 사이와의 유로(油路) 상호간을, 체크기능을 가진 압력보상밸브를 통해 연결된 바이패스유로(油路)를 설치해도, 주 합류·분류밸브만으로 상술한 바와 같은 합류와 분류로 변환할 때 발생하는 쇼크를 억제할 수 있다. 여기에 체크기능이 있는 압력보상밸브는 압력오일이 보급된 측으로의 압력 오일의 유입만을 허용하는 역지(non-return function)기능과 보급된 측의 조작밸브와 연동하여 동 조작밸브가 폐쇄 상태일 때에 바이패스 유로를 닫은 상태로 하는 제어기능을 갖추고 있다.
[도1] 본 발명의 제1실시형태에 관한 유압의 합류·분류 변환 제어장치의 회로도이다.
[도2] 본 실시형태에서의 복수의 작업기에 대한 조작상황의 판단 패턴의 설명도이다.
[도3] 본 실시형태에서의 컨트롤러에 의한 제어블록도이다.
[도4] 본 실시형태에 의한 합류·분류제어를 위한 조작패턴을 나타낸 설명도이다.
[도5] 본 실시형태에 의한 합류·분류제어를 위한 조작순서를 나타낸 플로차트(Flow chart)의 일부이다.
[도6] 동 플로차트의 계속을 나타낸 플로차트이다.
[도7] 동 플로챠트의 이어지는 계속을 나타낸 플로차트이다.
[도8] 상기 합류·분류제어의 타이밍을 나타낸 타이밍 차트이다.
[도9] 본 발명의 제2실시형태에 관한 유압의 합류·분류변환 제어장치의 회로도이다.
<부호의 설명>
1: 엔진
2, 3: 제1 및 제2(가변용량형) 유압펌프
4, 7: 제 1 및 제2액추에이터
5, 8: 제1 및 제2 파일럿 변환밸브
6, 9: 제 1 및 제2 압력보상밸브
10, 11: 제1 및 제2 토출유로
12: 연결유로
13: 주 합류·분류밸브
13a, 21a: 솔레노이드
14: 컨트롤러(제어수단)
15, 18, 22: 셔틀(shuttle) 밸브
21: 부 합류·분류밸브
19, 23, 24: 부하압 도입유로
25, 26: 서보(servo)기구
27, 28: (제1 및 제2) 압력 센서
29, 30: (제1 및 제2) 작업기용 조작변환밸브
29a, 30a: (제1 및 제2) 작업용 조작레버
31: 자기감압밸브
33: 전자변환밸브
34: 감압밸브
35: 비례밸브(전자비례밸브) 또는 조리개
36: 바이패스 유로
37: 체크 기능을 가진 압력보상밸브(역지밸브)
38: 암 고속용 유량제어밸브
41: (레버)조작상황 판단부
42: 조작패턴 기억부
43: 패턴대조부
44: 토출압 기억부
46: 지령신호 판정부
47: 지령신호 출력부
50, 51: (제1 및 제2) 파일럿 압력센서
106: 제1 체크기능을 가진 압력보상밸브
109: 제2 체크기능을 가진 압력보상밸브
본 발명에 의한 대표적인 실시형태인 유압굴착기의 유압제어장치에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
도1에는 상기 유압제어장치의 회로구성도의 한 예가 표시되어 있다. 본 실시형태의 유압제어장치는 엔진(1)에 의해 구동된 제1가변용량형 유압펌프(이하,「제1유압펌프」라고 함.)(2)와, 동 엔진(1)에 의해 구동되는 제2가변용량형 유압펌프(이하,「제2유압펌프」라고 함.)(3)을 구비하고 있다.
상기 제1유압펌프(2)에서 토출되는 압력오일은 제1액추에이터(4)로 공급되고, 압력오일에 의해 상기 제1액추에이터(4)가 구동된다. 제1유압펌프(2)와 제1액추에이터(4) 사이에는 이 제1액추에이터(4)로 공급되는 압력오일의 유량을 제어하고 압력오일이 보내지는 방향을 변환하는 제1파일럿 변환밸브(5)와, 제1파일럿 변환밸브(5)의 전후차압(差壓)을 소정의 값으로 보상하는 제1압력보상밸브(6)가 장착되어 있다. 한편 상기 제2유압펌프(3)에서 토출된 압력오일은 제2액추에이터(7)로 공급되고, 압력오일에 의해 상기 제2액추에이터(7)이 구동된다. 제2유압펌프(3)와 제2액추에이터(7) 사이에는 제2액추에이터(7)로 공급되는 압력오일의 유량을 제어하고 압력오일이 보내지는 방향을 변환하는 제2파일럿 변환밸브(8)와, 제2파일럿 변환밸브(8)의 전후차압을 소정치로 보상하는 제2압력 보상밸브(9)가 장착되어 있다. 이들 파일럿 변환밸브(5, 8)은 본 발명에서의 제1 및 제2 액추에이터(4, 7)로 공급하는 압력오일의 유량의 조정과 방향 변환을 하는 변환 밸브의 기능을 구비하고 있다.
한편, 도시예에서는 제1유압펌프(2)에는 단일의 제1액추에이터(4)만, 또 제2유압펌프(3)에는 단일의 제2액추에이터(7)만이 나타나 있으나, 각각의 유압펌프(2, 3)에는 상기 제1 및 제2 액추에이터(4, 7) 이외에도 도시하지 않은 복수의 액추에이터가 병렬로 같은 모양의 제어유로를 통하여 접속되어 있다. 또 본 실시형태에서는 상기 제1 및 제2액추에이터(4, 7)의 작동압력오일의 유량 및 방향 제어밸브로서 파일럿 압에 의해 작동하는 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)를 채용하고 있으나, 통상의 조작변환밸브를 사용할 수 있다. 이 경우에는 조작상황 판단수단에는 레버스트로크 센서를 사용하면 좋지만, 본 실시형태와 같이 파일럿 변환밸브(5, 8)를 사용하는 편이 여러 가지 조작상황하에 대응하는 세밀한 제어를 할 수 있다.
본 실시형태에서는 상기 제1토출유로(10)와 제2토출유로(11)에, 제1 및 제2 유압펌프(2, 3)의 토출압력을 검출하는 제1 및 제2압력센서(27, 28)가 설치되어 있다. 한편 상기 제1 및 제2 파일럿 변환밸브(5, 8)를 작동하는 파일럿 압은 상기 제2 압력 센서(28)의 상류측의 상기 제2토출유로(11)와 자기감압밸브(31)를 통하여 접속된 제1 및 제2의 작업기용 작업변환밸브(29, 30)의 각 작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작에 의해 공급된다. 상기 제1 및 제2 파일럿 변환밸브(5, 8)는 파일럿 압력센서(50, 51)에 의해 입력유압을 검출하여 컨트롤러(14)로 보내며, 검출유압을 디지털화하고 있다. 결국, 각 파일럿 변환밸브(5, 8)의 상기 파일럿 압력센서(50, 51)에서 검출된 파일럿 압의 어느 하나가 미리 설정된 상한압 및 하한압의 조작압력범위에서 상한압에 도달한 때에는 ON 신호이며, 모든 파일럿 압이 하한압 이하로 될 때에는 OFF신호로 컨트롤러(14)내에서 판정한다.
상기 파일럿 압의 상한압 및 하한압의 설정압력범위는 액추에이터마다 한 개로 한정하지 않고, 액추에이터마다 1~3의 설정압력범위를 갖고 있다. 이는 액추에이터의 작업의 종류와 그 부하압을 감안하여 상이한 조작상황에 따라서 유압펌프를 가장 효율적으로 작동시키기 위해서이다. 예를 들면, 본 실시형태에서는 도2에 표시한 바와 같이 유압 굴착기의 선회체용 액추에이터에는 파일럿 압이 5㎏f/㎠, 또는 15㎏f/㎠에 도달하면 동 액추에이터의 단독조작이라도 ON신호가 흐르며, 다른 액추에이터가 작동상태가 아닐 때에는 파일럿 압이 3㎏f/㎠ 또는 13㎏f/㎠ 이하로 되면 OFF 신호가 흐르도록 2가지의 압력범위가 설정되어 있다. 버킷굴삭용의 액추에이터에 대해서는 2가지의 압력범위(파일럿 압 : 15~17㎏f/㎠)가 설정되어 있고, 붐 올림 및 암굴삭에 대해서는 3가지의 압력범위가 설정된다. 또, 본 실시형태에서의 상기 제1 및 제2파일럿 변환밸브는 작업기에 대해 좌우의 선회, 붐 올림, 버킷덤프, 암굴삭 및 버킷굴삭의 6축으로 장착되어 있다.
한편 본 실시형태에서는 상기 제1 유압펌프(2)의 토출유로 (이하, 제1토출유로라고 한다.)(10)와 제2유압펌프(3)의 토출유로(이하, 제2토출유로라고 한다.)(11)와의 사이는 연결유로(합류라인)(12)로 접속되고, 이 연결유로(12)의 도중에는 전자비례형의 주 합류·분류밸브(13)가 장착되어 있다. 이 주 합류·분류밸브(13)는 솔레노이드(13a)를 갖고 있으며, 컨트롤러(14)에서 상기 솔레노이드(13a)로 공급되는 제어신호에 의해 제1 및 제2토출유로(10, 11)의 사이를 연통시키는 합류위치 A와, 양 토출유로(10, 11)의 사이를 차단하는 분류위치 B로 변환되도록 구성되어 있다.
상기 제1압력보상밸브(6)는, 제1압력보상밸브(6)의 출구측 압력(액추에이터 유지압)이 공급되는 제1 수압부(6a)와 셔틀(shuttle)밸브(15)를 거쳐 부하압 도입유로(16)와 유지압 도입유로(17)에 접속되어서 그들 유로(16, 17) 중에 높은 쪽의 유압이 공급되는 제2수압부(6b)와, 상기 제1 수압부(6a)측에 설치된 스프링(6c)을 구비하고 있다. 같은 방식으로 상기 제2압력보상밸브(9)는, 이 제2압력 보상밸브(9)의 출구측 압력(액추에이터 유지압)이 공급되는 제1수압부(9a)와 셔틀밸브(18)를 거쳐 부하압 도입유로(19)와 유지압 도입유로(20)에 접속되어서 그들 유로(19, 20) 중에 높은 쪽의 유압이 공급되는 제2수압부(9b)와 상기 제1수압부(9)측에 설치되는 스프링(9c)을 구비하고 있다.
상기 부하압 도입유로(19)는 도중에 전자비례형의 부 합류·분류밸브(21)를 통해 상기 부하압 도입유로(16)에 접속되는 동시에 셔틀밸브(22)를 거쳐 제1파일럿 변환밸브(5)의 출구측의 부하압 도입유로(23)와, 제2파일럿 변환밸브(8)의 출구측의 부하압 도입유로(24)에 접속되고, 제1 액추에이터(4) 또는 제2액추에이터(7)의 부하압 중에 높은 쪽의 부하압을 선택하여 상기 셔틀밸브(15) 및 셔틀밸브(18)로 공급하게 되어 있다. 또 상기 부하압 도입유로(24)의 도중에는 상기 부 합류·분류밸브(21)가 장착되어 있다.
부 합류·분류밸브(21)는 솔레노이드(21a)가 있으며, 상기 컨트롤러(14)에서 상기 솔레노이드(21a)로 공급되는 제어신호에 의해 부하압 도입유로(16)와 부하압 도입유로(19) 및 부하압 도입유로(24)와 셔틀밸브(22) 사이를 연통시키는 합류위치 A와, 이들 사이를 차단하는 분류위치 B로 변환되도록 구성되어 있다. 상기 컨트롤러(14)는 주 합류·분류밸브(13) 및 부 합류·분류밸브(21)의 각 솔레노이드(13a, 21a)로 제어신호를 출력하는 외에, 제 1 및 제2 유압펌프(2)의 경사판(2a, 3a)을 구동하는 서보기구(25, 26)에 각각 제어신호를 출력한다.
또, 상기 컨트롤러(14)는 상기 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)를 조작하는 파일럿 압의 아날로그 신호가 제 1 및 제2 파일럿 압력센서(50, 51)에서 보내져서 상술한 바와 같이 항상 각 작업용 조작레버(29a, 30)의 조작상황을 파악하고 있다. 이 아날로그 신호는 컨트롤러(14)의 내부에서 디지털화된다. 이때의 제1 및/또는 제2 유압펌프(2, 3)의 토출압력의 변동은 제1토출유로(10)와 제2토출유로(11)에 장착되어 있는 상기 제1 및 제2압력센서(27, 28)에 의해 검출되고 있다. 본 발명에서는 상기 제1 및 제2 압력센서(27, 28)에서 검출된 제1 및 제2유압펌프(2, 3)의 토출압력의 변동을 제1 및 제2 액추에이터(4, 7)의 부하압력의 변동 사이에 상관관계가 있다고 보고 제1 및 제2유압펌프(2, 3)의 토출압력이 상승했을 때에는 제1 및 제2 액추에이터(4, 7)의 부하압도 똑같이 상승한다고 추정하고 있다.
컨트롤러(14)는 도3에 표시한 바와 같이, 제 1 및 제2 작업기용 조작레버(29a, 30a)의 다양한 조작량에 따라서 작동하는 제1 및 제2 파일럿 변환밸브(5, 8)로부터의 신호를 받아 조작상황을 판단하는 조작상황 판단부(41)와, 각 액추에이터에 대해 미리 작성된, 예를 들면 도4에 표시한 바와 같이, 조작패턴을 기억하는 조작패턴 기억부(42)와 상기 조작상황 판단부(41)에서 판단된 조작상황하에 있어 상기 기억부(42)에 기억된 상기 조작패턴 중에 어떤 조작패턴과 합치하는지를 대조하는 패턴대조부(43)와, 대조의 결과 합치한 조작패턴에 관해서 미리 설정된 토출압력을 기억하는 토출압 기억부(44)와, 제1 및 제2 유압펌프(2, 3)의 토출압 검출수단인 제1 및 제2 압력센서(27, 28)에 의해 검출된 실제의 토출압력과 상기 토출압 기억부(44)에 기억된 설정토출압력을 비교하여 실제의 토출압력이 설정토출압력보다도 높을 때에는 상기 주 합류·분류밸브(13)를 분류측으로 변환하며, 상기 실제의 토출압력이 설정토출압보다도 낮을 때는 상기 주 합류·분류밸브(13)를 합류측으로 변환하는 판정을 하는 지령신호 판정부(46)와, 동 지령신호 판정부(46)에 의한 판정에 따라서 지령신호를 솔레노이드(13a, 21a)로 출력하는 지령신호 출력부(47)를 갖추고 있다.
도4는 본 실시형태에 의해 상기 조작패턴 기억부에 기억된 조작패턴의 한예를 표시하고 있다. 또 도5 ~ 도7은 동 조작패턴에 의한 주 합류·분류밸브(13)의 변환제어순서를 플로차트로 표시하고 있다.
도4에 의하면, 조작패턴넘버는 1부터 17까지 있으며, 추가해서 제어대상이 되는 액추에이터는 (1) 선회용, (2) 붐 올림용, (3) 암 굴삭 또는 덤프용, (4) 버킷 굴삭 또는 덤프용의 4개이다. 또, 도2에 표시한 대로 상기 제 1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)의 파일럿 압의 설정압력의 범위가 선회용에서는 2가지, 붐 올림에서는 3가지, 암 굴삭에서는 3가지, 버킷굴삭에서는 2가지, 버킷덤프에서는 2가지의 역치(thresholds)를 설정하고 있다.
도4에 표시한 조작패턴에 의한 주 합류·분류밸브(13)의 대표적인 변환제어순서를 도5 ~ 도7의 플로차트를 참조하면서 구체적으로 설명한다. 또 이하의 설명은 선회체의 선회조작과 암굴삭을 동시에 할 때의 구체예와 암 굴삭과 버킷굴삭을 동시에 할 때의 구체예에 대해 서술하지만, 다른 작업기를 포함한 대조에 의한 복합동작의 합류·분류제어도 이하에 예시한 구체예와 같이 한다.
조작패턴 넘버 1은 선회용 액추에이터만을 작동하고, 다른 액추에이터를 작동하지 않을 때의 조작패턴이다. 통상 선회체는 저속도로 선회시키면 충분하고, 어떤 장해물이 없는 한 극단적으로 높은 부하압도 요구되지 않는다. 따라서 다른 유압펌프의 도움은 필요 없고, 단독의 유압펌프로 원활한 조작을 할 수 있다. 이 때문에 선회용의 조작레버가 그 조작량의 여부에 관계없이 항상 주 및 부 합류·분류밸브 (13, 21)의 어느 쪽이라도 분류위치 B로 두고 있다.
예를 들면, 주 및 부 합류·분류밸브(13, 21)가 각각 합류위치 A에 있고, 조작패턴 넘버 3과 같이 선회체의 조작과 암 굴삭의 조작을 동시에 하고자 해서 각 작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작이 개시된다. 이 작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작량에 대응하여 출력되는 상기 파일럿 변환밸브(5, 8)의 파일럿 압의 상한치가 예를들면 도2 (b) 와 같이 15kgf/㎠에 들어가 있고, 컨트롤러(14)의 패턴대조부에서 상기 조작량(상황)에 맞는 조작패턴과 조작패턴 기억부(41)에 기억된 도4에 나타난 다양한 조작패턴과 대조하여, 합치하는 조작패턴을 발견해 내면, 그때의 제1 및 제2 압력센서(27, 28)에 의해 검출된 제1 유압펌프(2)와 제2 유압펌프(3)의 최대토출압력이 300kgf/㎠를 넘을 경우에는, 고압으로 간주하여 주 합류·분류밸브(13)를 분류위치B로 변환하는 동시에, 제1 및 제2 유압펌프(2, 3)의 토출유량조정을 한 후에, 상기 부 합류·분류밸브(21)를 합류위치 A에서 분류위치 B로 변환한다.
또 예를들면 도5~도7에 플로차트로 표시한 바와 같이 선회조작을 하지 않고 암 굴삭과 버킷 굴삭을 동시에 하기 위해 주 부 합류·분류밸브(13, 21)를 각각 합류위치 A로 하여, 암용 조작레버와 버킷용 조작레버를 도2(a) 및 도2(c)에 표시한 파일럿 압의 범위 내에서의 조작상황하에서 동시에 조작한다. 이 조작상황의 신호는 각각의 파일럿 변환밸브에 2개의 값(binary numbers)으로 되어서 컨트롤러(14)로 보내진다. 컨트롤러(14)에서는 그때의 조작상황을 조작상황 판단부(41)에서 판단하는 동시에, 패턴대조부(43)에서 상기 판단결과에 맞는 조작패턴넘버(15, 16)(도4를 참조)를 도시하지 않은 조작패턴 기억부(42)에서 발견하는 동시에 똑같이 토출압 기억부(44)에서 읽어낸 설정토출압력 250kgf/㎠와, 상기 압력센서(27, 28)에서 보내진 제1 및 제 2펌프의 토출압력의 최대치를 비교하고, 실제의 토출압력의 최대치가 250kgf/㎠를 넘을 경우에는 고압으로 간주해서 주 합류·분류밸브(13)을 합류위치 A로부터 분류위치B로 변환하는 동시에, 제1 및 제2유압펌프(2, 3)의 토출유량조정을 한 후에 상기 부 합류·분류밸브(21)를 합류위치 A로부터 분류위치 B로 변환한다. 한편, 지령신호 판정부(46)에 있어서 설정토출압력과 압력센서(27, 28)에서 보내진 실제의 토출압력의 최대치와의 비교결과, 실제의 토출압력의 합계가 250kgf/㎠보다 낮을 때는 암용 및 버킷용의 액추에이터에 걸리는 부하압이 낮다고 추정하여 주 부 합류·분류밸브(13, 21)를 변환하지 않고 합류위치 A를 유지한다.
이상의 예에서도 이해할 수 있는 바와 같이 본 발명에서는 조작레버의 조작상황이 컨트롤러(14)로 보내져서 디지털화되고, 그 조작상황에 맞는 다양한 조작패턴과 현실의 조작패턴을 패턴대조부(43)에서 대조하여 합치하는 것을 선택해낸다. 또 제1 및 제2의 압력센서(27, 28)에 의해 제1 및 제2의 유압펌프(2, 3)의 토출압력이 검출되며 그 검출신호가 컨트롤러(14)로 보내지고 있다. 컨트롤러(14)에서는 조작패턴 기억부(42)에 기억된 다수의 조작패턴으로부터 패턴대조부(43)에서 선택된 실제의 조작패턴과 합치하는 조작패턴에 의거해서 미리 설정된 설정토출압력과 실제의 토출압력의 최대치를 비교하고, 실제의 토출압력이 설정토출압력을 넘을 경우에는 주 부 합류·분류밸브를 분류위치 B로 변환하며, 실제의 토출압력이 설정토출압력보다도 낮을 때에는 주 부 합류·분류밸브(13, 21)를 합류위치A로 변환하거나 유지한다. 따라서 여기에서는 특별한 연산(calculation)은 필요없고 상기 특허문헌 1과 비교하여 제어프로그램의 작성이 간단하게 된다. 또 제1 및 제2 토출유로(10, 11)의 사이를 연결하거나 분류시키는 판단도 조작패턴에 의존하기 때문에 쉽고, 또 주 부의 합류·분류밸브의 변환이 쇼크없이 정확하고 원활하게 일어난다.
다음으로 상기 주 합류·분류밸브(13) 및 부 합류·분류밸브(21)의 변환조작을 도1 및 도6을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
주 합류·분류밸브(13) 및 부 합류·분류밸브(21)가 도1에 표시한 합류위치 A에 있을 때에는 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)의 토출압력오일이 주 합류·분류밸브(13)를 통해 합류하고, 제1액추에이터(4) 및 제2액추에이터(7)에 동시에 공급된다. 이때 각 액추에이터(4, 7)의 부하압력에서의 고압인 쪽이 셔틀밸브(22)에서 선택되고 이 선택된 부하압이 셔틀밸브(15, 18)의 한쪽의 입구측에 공급된다. 이렇게 해서 복수의 액추에이터(4, 7)의 부하압에서 최고압에 의해 상기 제1압력보상밸브(6) 및 제2압력보상밸브(9)가 세팅(set)되고, 각 액추에이터(4, 7)의 부하압력이 상이해도 제1파일럿 변환밸브(5) 및 제2파일럿 변환밸브(8)의 개구면적비에 의해 각 액추에이터(4, 7)로 유량(流量)분배가 이루어진다.
이렇게 주 및 부 합류·분류밸브(13, 21)가 어느 것이나 합류위치A인 상태에서 작업이 일어나고 있을 때에 이하의 합류·분류제어가 실행된다. 여기서 이미 설명한 대로 제1 및 제2액추에이터(4, 7)의 부하압력이 높은가 낮은가를 각 유압펌프(2, 3)의 토출압력의 고저로부터 추정하고 있다. 먼저, 상술한 바와 같이 각 작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작상황을 근거로 그 토출압력의 최대치가 설정압력을 넘었을 때, 합류에서 사용하고 있을 때의 압력보상에 의한 손실을 피하기 위해 합류로부터 분류로 변환한다. 따라서 컨트롤러(14)의 지령신호에 의해 도8(b)의 시각t1으로 표시한 바와 같이 주 합류·분류밸브(13)의 A위치에서 B위치로의 변환동작이 개시된다. 또 도8에서는 합류로부터 분류로의 변환을 계단(step) 모양으로 상승하는 선분(line segment)으로 표시하고 있으나, 실제의 변환은 필요로 하는 변조곡선(modulation curve)에 따라서 일어난다.
제1유압펌프(2)의 토출압력이 압력센서(27)에서 검출되는 동시에 제2유압펌프(3)의 토출압력이 압력센서(28)에서 검출되고 이들 검출데이터에 의하여 양 유압펌프(2, 3)의 토출압력이 계측된다. 제1유압펌프(2)의 토출압력과 제2유압펌프(3)의 토출압력의 최대치가 설정압력을 넘을 경우에는 서보기구(25, 26)로 제어신호가 송신되어서 제1유압펌프(2)의 경사판(2a) 및 제2유압펌프(3)의 경사판(3a)이 각각 구동되며, 제1유압펌프(2)의 유량이 감소방향으로, 제2유압펌프(3)의 유량이 증가방향으로 각각 제어된다. 여기에서 서보기구(25, 26)에 의한 경사판(2a, 3a)의 제어는 주 합류·분류밸브(13)의 변환동작을 상기 변조곡선에 따르도록 하여 제어하는 동시, 최종적으로 그 주 합류·분류밸브(13)의 변환후의 유량에 합치되게 제어한다. 다시 말하면, 주 합류·분류밸브(13)의 전후의 연결유로(12)의 압력차에 의한 유량이동을 검지하면서 서서히 경사판각도가 변경되어 이로 인해 주 합류·분류밸브(13)의 변환시의 유량변동을 방지하도록 하고 있다.
다음으로 주 합류·분류밸브(13)의 변환이 완료되면 컨트롤러(14)로부터의 지령신호에 의해 도8(a)의 시각t2로 표시한 바와 같이 부 합류·분류밸브(21)를 합류위치 A로부터 분류위치B로 변환한다. 또 이 부 합류·분류밸브(21)의 변환에 대해서도 주 합류·분류밸브(13)와 같이 필요로 하는 변조곡선이 걸린다. 이렇게 해서 주 및 부 합류·분류밸브(13, 21)의 분류위치B로의 변환이 완료되면 제1유압펌프(2)의 토출압력오일은 제1액추에이터(4)에 단독으로 공급되고, 제2유압펌프(3)의 토출압력오일은 제2액추에이터(7)에 단독으로 공급되어, 각 유압회로마다 독립하여 각각의 최고부하압에 따라서 제1압력보상밸브(6) 및 제2압력보상밸브(9)의 각각의 설정압력이 정해진다.
그 후, 상술한 분류상태에 있어서 각 제1 및 제2유압펌프(2, 3)의 토출압력의 최대치가 설정압력보다도 낮게 되면 컨트롤러(14)로부터의 지령신호에 의해 도8(a)의 시각t3로 표시한 바와 같이 소정의 변조(modulation)를 걸면서 부 합류·분류밸브(21)가 분류위치B로부터 합류위치A로 변환되고, 각 압력보상밸브(6, 9)에 의한 압력보상이 일어난다.
이어서 부 합류·분류밸브(21)의 변환이 완료되면 도8(b)의 시각 t4로 표시한 바와 같이 주 합류·분류밸브(13)를 분류위치B로부터 합류위치로 변환한다. 이 변환조작은 서서히 일어나고, 이 변환동작이 완료했을 때 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)의 토출압력오일이 주 합류·분류밸브(13)를 통해 합류상태로 된다.
이상과 같이 본 실시형태의 유압제어장치에 의하면 합류상태에 있어서 다양한 조작레버의 조작상황(조작량)하의 각각에 대응하여 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)의 1펌프분의 토출압력의 최대치가 미리 설정된 설정토출압력을 넘으면 제1 및 제2액추에이터(4, 6)의 각 부하압의 최대치도 높아졌다고 추정하여 먼저 주 합류·분류밸브(13)를 합류위치A에서 분류위치B로 소정의 변조를 걸면서 변환된다. 이 변조곡선 실시 중에 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)의 토출유량의 조정이 일어나고, 이 조정후에 부 합류·분류밸브(21)가 합류위치 A로부터 분류위치 B로 변환된다. 또, 분류상태에서 각 액추에이터(4, 7)의 필요유량이 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)의 토출압력의 최대치가 설정압력보다 낮아지면, 먼저 부 합류·분류밸브(21)가 분류위치 B로부터 합류위치 A로 소정의 변조곡선을 걸면서 변환된다.
이 변조 실시 중에 제1압력보상밸브(6) 및 제2압력보상밸브(9)에 의한 압력보상이 일어난다. 그 후에 주 합류·분류밸브(13)가 분류위치B에서 합류위치A로 변환된다. 따라서 작업도중에도 합류에서 분류로 변환되며 분류에서 합류로의 변환을 압력오일의 유동변동에 의한 쇼크 없이 원활하게 수행할 수가 있다. 또 합류에서 분류로 변환한 후에도 제1유압펌프(2) 및 제2유압펌프(3)를 개별로 제어할 수 있고, 분류사용시 분류손실의 저감을 도모할 수 있으며, 합류시, 또는 분류시에도 항상 최적의 유량분배를 할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도9는 본 발명의 제2실시형태에 의한 유압 굴착기에서의 유압펌프의 합류·분류변환제어회로이다. 이 제어회로는 상기 특허문헌1에 개시된 제어회로에 변경을 더한 본 발명의 제2실시형태이고, 그 본 발명에 특유의 기능은 상기 제1실시형태와 실질적으로 다를 바 없다. 또 도면의 부호에 대해서 상기 제1실시형태와 실질적으로 동일한 경우에는 동일한 부호를 사용하고 그 부재의 명칭도 동일하게 사용하고 있다.
본 실시형태에 의한 제어회로에는 상기 제1실시형태와 달리 유일한 주 합류·분류밸브(13)만을 갖추고 있는 점에서, 상기 제1실시형태와는 크게 다르다. 이 제어회로도 상기 제1실시형태와 같이 제1 및 제2토출유로(10, 11)를 갖추고 있고, 각 토출유로(10, 11)는 엔진1에서 구동된 제1 및 제2유압펌프(2, 3)와 각 유압펌프(2, 3)로부터의 압력오일에서 구동되는 제1 및 제2액추에이터(4, 7)와 각 액추에이터(4, 7)로의 공급유량과 방향을 제어하는 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)를 갖고 있다. 또, 제1 및 제2토출유로(10, 11)는 주 합류·분류밸브(13)가 장착된 연결유로(12)에 의해 접속되어 있다.
각 토출유로(10, 11)의 상기 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)와 제1및 제2액추에이터(4, 7)의 사이에 각각 제1 및 제2의 체크기능이 있는 압력보상밸브(106, 109)가 장착되어 있다. 또, 제2유압펌프(3)과 상기 압력센서(28)의 사이의 각 토출유로(11b)에는 자기(automatic)감압밸브(31)를 통해 제1 및 제2액추에이터(4, 7)를 작동시키기 위한 제1 및 제2의 작업기용 조작변환밸브(29, 30)가 접속되어 있다. 이 제1 및 제2작업기용 조작변환밸브(29, 30)로부터는 그 작업레버(29a, 30a)의 조작량(조작스트로크길이)에 대응하는 파일럿 압이 상기 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)로 출력된다.
그러나 주 합류·분류밸브(13)는 컨트롤러(14)에서 제어되는 것이며, 이 컨트롤러(14)로부터의 지령신호가 전자변환밸브(33)에 입력되고 이 전자변환밸브(33)가 변환되는 것에 의해 주 합류·분류밸브(13)가 합류상태, 또는 분류상태로 변환된다. 즉, 전자변환밸브(33)의 변환타이밍을 변경함으로써 주 합류·분류밸브(13)의 개폐의 압력설정을 각종 상황에 따라서 변경할 수 있다. 이 경우 제1토출유로(10)와 전자변환밸브(33)는 감압밸브(34)를 장착한 파일럿 배관에 의해서 접속된다. 따라서 제1유압펌프(2)로부터의 압력오일이 감압밸브(34)에 의해서 감압되어 전자변환밸브(33)에 공급된다. 또 주 합류·분류밸브(13)와 전자변환밸브(33)의 사이에는 비례밸브(전자비례밸브) 또는 조리개(35)가 장착되고, 주 합류·분류밸브(13)의 변환시의 쇼크(충격)를 경감하기 위해 주 합류·분류밸브(13)를 조금씩 작동시키도록 하고 있다.
이 실시형태에 의하면 제1토출유로(10)와 제2토출유로(11)를 바이패스하는 바이패스유로(36)를 설치하고 있다. 이 바이패스유로(36)에는 암용의 제1액추에이터(4)측으로의 압력오일의 유입만을 허용하는 체크기능이 있는 압력보상밸브(역지밸브)(37)와, 제1파일럿 변환밸브(5)와 연동하여 제1파일럿 변환밸브(5)가 닫힌 상태일 때 상기 바이패스유로(36)를 닫힌 상태로 하는 암 고속용 유량제어밸브(38)가 장착되어 있다. 즉, 제2토출유로(11)측의 연결유로(12)와의 합류점과 제1토출유로(10)의 제1체크기능이 있는 압력보상밸브(106)보다도 하류측을 바이패스유로(36)로 접속한다. 또, 암 고속용 유량제어밸브(38)로서는 상기 제1 및 제2바이패스변환밸브(5, 8)와 같은 유량방향제어밸브가 사용되며, 체크기능이 있는 압력보상밸브(37)보다도 상류측에 배치되어 있다.
이 경우 제1파일럿 변환밸브(5)와 암 고속용 유량제어밸브(37)는 연동하고 제1액추에이터(4)가 큰 유량을 요구하는 경우에, 제1파일럿 변환밸브(5)가 열린 상태로 된 후에 암 고속용 유량제어밸브(38)가 열린 상태로 되어서 제1파일럿 변환밸브(5) 및 암 고속용 유량제어밸브(38)가 함께 열린 상태로 되고 또 큰 유량의 요구가 없어지면 암 고속용 유량제어밸브(38)가 열린 상태로 되어서 제1파일럿 변환밸브(5)만이 열린 상태로 된다.
또 제1 및 제2체크기능이 있는 압력보상밸브(106, 109)는 통상은 화살표와 같이 상류로부터 하류로의 흐름을 허용하고, 하류에서 상류로 흐름을 규제한다. 즉, 제1체크기능이 있는 압력보상밸브(106)는 제1유압펌프(2)에서 암용의 제1액추에이터(4)로 압력오일의 흐름이 역류하는 것을 방지하고, 제2체크기능을 가진 압력보상밸브(109)는 제2유압펌프(3)에서 버킷용의 제2액추에이터(7)로 압력오일의 흐름이 억류하는 것을 방지한다. 도9에 표시한 제1 및 제2체크기능을 가진 압력보상밸브(106, 109)의 배치는 암 굴삭시 및 버킷굴삭시의 배치이다.
다음으로 이상의 구성을 갖춘 유압제어장치의 작동에 대해 설명한다. 주 합류·분류밸브(13)가 합류위치 A에 있을 때, 제1 및 제2의 작업용 조작레버(29a, 30a)를 조작하면 제2유압펌프(3)의 압력오일이 바이패스유로(36) 및 연결유로(12)를 통해 제1토출유로(10)로 보급(응원)된다. 즉, 제1유압펌프(2)의 펌프최대용량이상의 용량이 필요한 상태일 때 제2유압펌프(3)에서 연결유로(12)를 통해 제1토출유로(10)에 필요한 압력오일이 보내져서 암용의 제1액추에이터(4)를 구동시킨다.
이때의 제1 및 제2작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작량의 범위는 상기 제1 실시형태와 같이 제1 및 제2파일럿 변환밸브(5, 8)의 각 파일럿 압에 의해 검출되고, 각 작업용 조작밸브(29a, 30a)의 조작상황도 포함하여 제1 및 제2액추에이터의 조작패턴이 컨트롤러(14)로 보내진다. 이 실시형태에어서도 컨트롤러(14)의 조작패턴 기억부(42)에는 제1 및 제2의 작업용 조작레버(29a, 30a)의 조작상황을 토대로 다양한 조작패턴이 기억되어 있고, 패턴대조부(43)에서 상기 제1 및 제2 파일럿 변환밸브(5, 8)로부터 보내져오는 조작패턴과 합치하는 조작패턴을 상기 조작패턴 기억부에서 선택해 낸다. 지금 이 조작상황하에서 버킷용의 제2액추에이터(7)의 압력이 상승하고 제1 및 제2압력센서(27, 28)에 의해 검출된 토출압력의 최대치가 대응하는 조작패턴의 조작시에서의 미리 설정된 토출압력을 넘으면, 컨트롤러(14)로부터 지령신호가 송출되어 전자변환밸브(33)가 작동하고, 주 합류·분류밸브(13)를 합류위치에서 분류위치로 변환하여서 연결유로(12)를 차단한다. 이때 상기 제2토출유로(11)의 압력오일의 일부는 상기 바이패스유로(36)를 통해 제1액추에이터(4)로 보내지고 있다.
이 분류로 변환한 후 암측의 압력이 버킷측의 압력보다도 크게 되면 상기 바이패스유로(36)의 체크기능이 있는 압력보상밸브(37)가 암측으로의 압력오일의 유입을 중지한다. 즉, 암용의 제1액추에이터(4)의 부하압의 상승에 의해 보급(응원)유량이 감소하고 순조롭게 분류상태로 된다. 이 경우 예를 들면 제1유압펌프(2)의 압력이 300kgf/㎠로 되고 제2유압펌프(3)의 압력이 250kgf/㎠로 되어 있다. 이와 같이 보급된 측(합류되는 측)의 제1토출유로(10)의 압력이 보급한 측(합류하는 측)의 제2토출유로(11)의 압력보다도 커질 때, 및 암 고속용 유량제어밸브(38)가 OFF일 때(닫힌 상태일 때)에는 분류상태로 된다.
또, 다른 작업기를 복합하여 작동할 때의 합류·분류밸브의 변환제어순서는 상기 제1실시형태와 같기 때문에, 그 구체적인 설명은 생략한다.

Claims (5)

  1. 복수의 가변용량형 유압펌프와,
    상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출오일에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와,
    상기 각 액추에이터로 공급되는 압력오일의 방향을 변환하는 복수의 파일럿변환밸브와,
    상기 복수의 파일럿 변환밸브로 파일럿 압력을 공급하는 복수의 작업기용 조작변환밸브와,
    상기 각 작업기용 조작변환밸브를 변환제어하는 복수의 조작레버와,
    상기 각 파일럿 변환밸브의 전후차압(差壓)을 소정값으로 보상하는 압력보상밸브와,
    상기 각 가변용량형 유압펌프의 각 토출유로 사이를 연통시키는 합류위치와 각 토출유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 주 합류·분류밸브와,
    상기 복수의 액추에이터의 부하압에서 가장 고압의 부하압을 상기 압력보상밸브의 각각에 설정(set)압력으로 공급하는 복수의 부하압 도입유로(負荷壓導入流路)와,
    이들 복수의 부하압 도입유로 사이를 연통시키는 합류(合流)위치와 이들 부하압 도입유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 부 합류·분류밸브와,
    상기 각 가변용량형 유압펌프와 복수의 파일럿 변환밸브를 연통하는 복수의 토출유로와,
    상기 파일럿 변환밸브의 입력압력을 검출하는 조작상황 입력수단과,
    상기 각 가변용량형 유압펌프의 토출압력을 검출하는 토출압 검출수단과, 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 조작상황 입력수단으로부터의 신호에 의하여 상기 각 액추에이터의 조작상황을 판단하는 조작상황 판단부와,
    상기 복수의 각 조작레버의 다양한 조작위치에서 상기 각 액추에이터에 대해 미리 작성된 조작패턴을 기억하는 조작패턴 기억부와,
    상기 조작상황 판단부에 의해 판단된 조작상황이 상기 기억부에 기억된 상기 조작패턴의 어느 패턴과 합치하는가를 대조하는 패턴대조부와,
    상기 조작패턴 기억부에 기억된 조작패턴마다 미리 설정된 토출압력을 기억하는 토출압 기억부와,
    상기 대조의 결과, 합치하는 조작패턴에 관하여 상기 각 토출압 검출수단에 의해 검출된 실제의 토출압력과, 상기 토출압 기억부에 기억된 조작패턴마다의 설정토출압력의 비교결과에 의해 실제의 토출압력이 설정압보다 높을 때는 상기 주 합류·분류밸브를 분류측으로 변환하고, 상기 실제의 토출압력이 설정압력보다 낮을 때에는 상기 주 합류·분류밸브를 합류측으로 변환하는 지령신호 판정부와,
    상기 지령신호 판정부의 지령신호를 출력하는 지령신호 출력부를 구비하며,
    상기 컨트롤러가 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브를 합류위치에 각각 액추에이터가 작동상태에 있고, 일부의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력을 초과할 때, 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하고, 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량 조정을 한 후에 상기 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브가 분류위치에서 각 액추에이터가 작동상태이고, 일부의 가변용량형 유압펌프의 토출압력이 설정압력보다 낮은 때, 상기 부 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하고, 상기 각 액추에이터의 압력보상을 한 후에 상기 주 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하도록 상기 주 합류·분류밸브 및 부 합류·분류밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 가변용량형 유압펌프측의 압력보상밸브 및 액추에이터 사이의 유로와, 다른 가변용량형 유압펌프 및 주 합류·분류밸브 사이의 유로를 체크기능이 부가된 압력보상밸브를 통해서 연결하는 바이패스유로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압제어장치.
  4. 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프와,
    상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 토출오일에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와.
    상기 각 액추에이터로 공급되는 압력오일의 방향을 변환하는 복수의 파일럿 변환밸브와,
    상기 복수의 파일럿 변환밸브로 파일럿 압력을 공급하는 복수의 작업기용 조작변환밸브와,
    상기 각 작업기용 조작변환밸브를 변환제어하는 복수의 조작레버와,
    상기 각 파일럿 변환밸브의 전후차압을 소정값으로 보상하는 압력보상밸브와,
    상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프와 복수의 파일럿 변환밸브를 연통하는 복수의 토출유로와,
    상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 각 토출유로 사이를 연통시키는 합류위치와 각 토출유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 주 합류·분류밸브와,
    상기 복수의 액추에이터의 부하압에서 가장 고압의 부하압력을 상기 압력보상밸브의 각각에 설정압력으로서 공급하는 복수의 부하압 도입유로와,
    상기 복수의 부하압 도입유로 사이를 연통시키는 합류위치와 이들 부하압 도입유로 사이를 차단하는 분류위치로 변환하는 부 합류·분류밸브와
    상기 파일럿 변환밸브의 입력압력을 검출하는 조작상황 입력수단과,
    상기 제1 및 제2의 가변용량형 유압펌프의 토출압력을 검출하는 토출압 검출수단과, 컨트롤러를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 조작상황 입력수단의 신호에 의해 상기 각 액추에이터의 조작상황을 판단하는 조작상황 판단부와,
    상기 복수의 각 조작레버의 다양한 조작위치에서 상기 각 액추에이터에 대해 미리작성된 조작패턴을 기억하는 조작패턴 기억부와,
    상기 조작상황 판단부에 의해 판단된 조작상황이, 상기 기억부에 기억된 상기 조작패턴의 어느 패턴과 합치하는 지를 대조하는 패턴대조부와,
    상기 조작패턴 기억부에 기억된 조작패턴마다 미리 설정된 토출압력을 기억하는 토출압 기억부와,
    상기 대조의 결과 합치하는 조작패턴에 관하여 상기 각 토출압검출수단에 의해 검출된 실제의 토출압과, 상기 토출압 기억부에 기억된 조작패턴마다 설정토출압력과의 비교결과에 의해 실제의 토출압력이 설정토출압력보다 높을 때는, 상기 주 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하여, 상기 복수의 가변용량형 유압펌프의 토출유량조정후에 상기 부 합류·분류밸브를 합류위치에서 분류위치로 변환하고, 상기 실제의 토출압력이 설정토출압력보다 낮을 때는, 상기 부 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하고, 상기 각 액추에이터의 압력보상 후에 상기 주 합류·분류밸브를 분류위치에서 합류위치로 변환하는 지령신호 판정부와,
    상기 지령신호 판정부의 지령신호를 출력하는 지령신호 출력부를 갖춘 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압제어장치.
  5. 삭제
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